一种计及输电线路参数误差的电网谐波状态估计自适应校正策略

技术领域

本发明涉及电力系统谐波量测技术领域，尤其涉及一种计及输电线路参数误差的电网谐波状态估计自适应校正策略

背景技术

随着直流输电技术的不断发展，电网呈现交直流混联发展趋势，同时新能源发电技术及电力电子技术的大量应用，在提升系统可控性和灵活性的同时，也向系统中注入了大量的谐波，致使系统中的谐波情况复杂化，导致了电能质量恶化，并引起电能损耗上升、设备加速老化等问题。由于电力电子装置的非线性特性，含高比例电力电子装备电力系统的谐波问题呈现宽频化、多源化特征，对谐波的精确量测与溯源，正确获取电网内谐波情况是开展电能质量治理、确保电网安全可靠稳定运行的前提。

为应对电网谐波的宽频化挑战，当前已有宽频同步相量量测单元(bPMU)等高性能量测装置问世并被投入应用，可以实现1-50次谐波及间谐波的精确同步测量。但是，由于bPMU装置的硬件及安装成本较高，实际应用中一般仅在部分节点配置bPMU装置，进而利用谐波状态估计方法，利用有限的宽频谐波量测数据，结合电网网架的阻抗参数，推算其余节点的谐波状态。

然而，这一技术框架下，谐波状态估计精度取决于电网网架阻抗参数的准确性，但是由于下述原因，实际应用中却难以实现对网架参数的实时、精确获取。首先，首先，线路参数具有频变特性，而电网运营商所提供的阻抗参数往往基于50Hz工频工况测量得到，不适用于远离基频的中高频段；其次，电网运行方式处于实时变化中，而电网的网架结构与参数也会随着电网运行方式的不同而有所变化，难以通过特定运行方式下的阻抗参数应对电网多变工况；最后，网架参数还受到各类环境随机性因素的影响，如空气温/湿度变化、导线随风摇摆等因素均会引起线路参数改变。当前宽频谐波量测装置的测量精度已达幅值±0.2％、相角±5°水平，可为电网宽频谐波状态估计提供高精度的数据支撑。因此，如何提升谐波状态估计环节对网架参数误差的耐受能力，成为电网谐波监测的重点问题。

对此，本发明公开一种面向电网网架参数误差的电网宽频谐波状态估计自适应校正方法，可基于宽频量测数据修正不同频段的网架参数误差，并校正谐波状态估计结果。

发明内容

1输电线路的∏型等效模型

∏型等效模型是最为常用的输电线路模型，如图1所示，由串联支路及两侧的对地支路构成。其中，线路的串联支路表示输电阻抗，在h次谐波下的表达式为：

Z

式中，Z

两侧的对地支路表示线路的对地导纳，一般对地电导较小，可近似忽略，而仅保留电容项，即：

式中，Y

根据图1所示电气量正方向，可建立x端支路电流方程如下：

式中，

如果节点x处装设了宽频测量装置，可将节点x处的h次谐波电压以及h次谐波电流视为量测量，以节点y处的电压作为待估计量，即：

而节点y处的h次谐波电流可以估计为：

式中，

另一方面，根据式(3)和式(5)，若两端的电压、电流为已知量，则输电线路的阻抗/导纳参数可计算为：

2线路阻抗参数误差及谐波状态估计结果的自适应修正方法

本发明公开一种线路阻抗参数误差及谐波状态估计结果的修正的自适应实现方法。为实现误差修正，要求每个待估计节点的谐波状态能够根据两个及以上的量测节点数据加以估计。换言之，每个待估计节点须有两个及以上的相邻节点须安装bPMU装置。该方法的核心思路为：

S1：根据预先设定或上轮迭代更新后的线路阻抗/导纳数据，建立电网的谐波状态估计模型；

S2：对于电网中的任一支路，使用支路外节点的谐波量测数据，基于S1所建立的谐波状态估计模型，估计该支路两端的谐波状态，进而修正该支路的阻抗/导纳参数；

S3：重复S2，直至完成算例电网中所有支路的阻抗/导纳修正；

S4：重复S1～S3，直至两次迭代结果的谐波状态估计差异值满足设定误差阈值时，退出迭代计算；

S5：输出最终的谐波状态估计结果。

附图说明

图1是本发明所提及的输电线路Π型等效模型示意图；

图2是本发明所提及的满足所提方法应用条件的3节点最小系统；

图3是本发明所提方法的实施流程图。

具体实施方式

本发明通过图2所展示的满足条件的3节点最小系统具体阐述本发明的实施方式。算例包含三个节点x、y、z及两条支路xy、yz，其中节点x和z均安装了bPMU装置。对于图示最小系统，线路阻抗参数误差及谐波状态估计结果的修正的自适应实现方法如下：

S1：读取bPMU量测数据，包括x处的h次节点谐波电压相量

S2：根据预先给定或上轮迭代计算所得的线路阻抗数据Z

S3：利用式(5)，根据

S4：利用式(6)，根据

S5：令k＝k+1以更新迭代轮次，利用最新估计所得的线路阻抗/导纳参数修正模型，重复S2～S4，直至两次相邻迭代的谐波状态估计差异满足设定阈值。

S6：完成迭代计算，输出最终迭代轮次的谐波状态估计结果。

本发明进一步通过具体算例阐述所提方法的实际应用效果。算例结构同图2，具体参数如下：线路额定电压取500kV,线路为架空线路，导线型号为GJ-630/35，工频条件下线路电阻、电感和电容分别为12.5mΩ/km、0.8934mH/km和6.78nF/km，xy段与yz段长度分别取45km和55km。节点x和z安装有bPMU装置，而节点y存在7次电压谐波源，幅值为2.5kV。

为验证本发明所提方法的正确性和有效性，假设谐波状态估计的初始模型中，xy段与yz的阻抗/导纳的预先测量值分别存在+5％和-5％的误差，利用本发明所提方法修正前后的线路5次谐波阻抗/导纳与节点y的谐波电压如表1所示。可见，本发明所提方法可自动修正线路阻抗/导纳参数误差，将线路参数误差由5％降低至1％左右，最终谐波状态估计结果精度也有较大提升。

表1本发明所提方法的算例应用效果